專利名稱：研磨工具及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及研磨工具及其制作方法，尤指一種使用具有活化金屬及焊料而無須使 用有機(jī)粘結(jié)劑的焊片層，以提升超硬研磨顆粒與焊片層間穩(wěn)定性的研磨工具及其制作方 法。
背景技術(shù)：
近年來，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)因在信息、通訊、民生電子、國(guó)防等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而蓬勃發(fā) 展，亦使得集成電路技術(shù)發(fā)展快速增加。而在其中，硅晶圓為其至為重要的腳色，然而，硅晶 圓必須要在其表面經(jīng)過研磨使其平整方可進(jìn)行后續(xù)如芯片制造等工藝，最常用的方式，就 是通過化學(xué)機(jī)械研磨。但在長(zhǎng)期研磨過程時(shí)，研磨工具所附著的研磨顆粒會(huì)因與焊片層的 焊料間結(jié)合力不足而導(dǎo)致脫落，使得產(chǎn)品的良率無法提升。傳統(tǒng)研磨工具中粘結(jié)研磨顆粒的焊料多以金屬粉末為其組成，在其粉末中尚須添 加有機(jī)粘結(jié)劑(如PVA或PVB)混成漿料后使用。然而，在后續(xù)的工藝中，這些殘余混膠仍 需使用如真空加熱揮發(fā)或低溫氧化而加以排除?，F(xiàn)有在研磨顆粒的移除殘余混膠步驟時(shí)因 混膠揮發(fā)、沸騰或焦黑進(jìn)而導(dǎo)致超硬研磨顆粒位置的移動(dòng)或翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致殘余混膠因移 除過程而造成殘余碳的污染。再者，部分現(xiàn)有技術(shù)以在焊片層上預(yù)先形成孔洞的方式以防 止研磨顆粒的移動(dòng)或翻轉(zhuǎn)，但，該方式仍使用含有有機(jī)粘結(jié)劑的漿料，無法避免殘余混膠造 成殘余碳污染等問題。相關(guān)專利前案如美國(guó)公開專利第2008271384號(hào)、美國(guó)公開專利第 2008053000號(hào)、中國(guó)臺(tái)灣專利申請(qǐng)第96116111號(hào)等揭露內(nèi)容。因此，目前亟需一種無須使用有機(jī)粘結(jié)劑的焊片層，以便能提升超硬研磨顆粒與 焊片層間穩(wěn)定性的研磨工具及其制作方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種研磨工具的制作方法，其使用具有活化金屬及焊料 而無須使用有機(jī)粘結(jié)劑的焊片層，以便能提升超硬研磨顆粒與焊片層間穩(wěn)定性的研磨工具 及其制作方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種無須使用有機(jī)粘結(jié)劑等混膠的焊片層，以便能避免 現(xiàn)有在研磨工具制作過程中，其在移除殘余混膠步驟時(shí)因混膠揮發(fā)、沸騰或焦黑進(jìn)而導(dǎo)致 超硬研磨顆粒位置的移動(dòng)或翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而避免殘余混膠因移除過程而造成殘余碳的污染。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明研磨工具的制作方法，包括提供一基材；形成一焊片層 于基材的一表面上，焊片層系具有至少一活化金屬及一焊料；將多個(gè)超硬研磨顆粒以一圖 案排列于焊片層上；以及于一真空爐中以真空及加熱反應(yīng)的硬焊方式，使焊片層熔化以附 著超硬研磨顆粒的圖案排列；其中，該具有至少一活化金屬及焊料的該焊片層不包括有機(jī) 粘結(jié)劑，且前述多個(gè)超硬研磨顆粒以一圖案排列種類沒有限制，較佳可為一矩陣排列。本發(fā)明亦提供一種根據(jù)前述制作方法所制作的研磨工具，其包括一基材；一焊片 層，其具有至少一活化金屬及一焊料，且形成于基材的一表面上；以及多個(gè)超硬研磨顆粒，其以一圖案排列于基材及焊片層上；其中，具有至少一活化金屬及焊料的焊片層不包括有 機(jī)粘結(jié)劑。根據(jù)本發(fā)明，其中基材的材質(zhì)至少一選自由硼碳化物、硅碳化物、鋁氮化物、硼氮 化物、硅氮化物、硅氧化物、硼氧化物、碳化鎢、鎢鋼、模具鋼材、不銹鋼、高硬度合金鋼、及高 碳鋼所組成的群組。此外，亦可依所需，基材亦可為一金屬基板。根據(jù)本發(fā)明，其中焊片層可由至少一焊片所形成；換句話說，本發(fā)明的焊片層可為 一層或多層焊片的結(jié)構(gòu)，而當(dāng)以多層焊片為其結(jié)構(gòu)時(shí)，可由點(diǎn)焊方式結(jié)合多個(gè)焊片以形成 多層焊片結(jié)構(gòu)的焊片層。根據(jù)本發(fā)明，其中超硬研磨顆粒沒有限制，只要可作為研磨及可耐硬焊高溫而不 會(huì)產(chǎn)生變化的材料皆可，較佳為鉆石或立方氮化硼。根據(jù)本發(fā)明的制作方法，其中于該真空爐中的真空較佳為約10_3 10-6tOrr ；反應(yīng) 加熱溫度沒有限制，只要能使焊片層或焊片層中所包含的焊料熔化即可，較佳為約800°c以 上。根據(jù)本發(fā)明，其中形成于基材上的焊片層的厚度與超硬研磨顆粒的粒徑?jīng)]有限 制，只要焊片層的厚度小于超硬研磨顆粒的粒徑以露出超硬研磨顆粒即可；根據(jù)本發(fā)明，焊 片層的厚度較佳約為20至120 μ m間，而超硬研磨顆粒的粒徑較佳約為40至250 μ m (400 60mesh)。再者，根據(jù)本發(fā)明，其中焊片層中包含的焊料沒有限制，較佳為至少一選自由銅、 錫、鈦、鎳、及鉻所組成群組的合金，更可依需要，可包括有硼、硅、或磷于其中。因此，本發(fā)明 焊片層中包含的焊料較佳具體可為銅-錫-鈦、鎳_硼-硅_鉻、或鎳-磷-鉻。至于焊片 層中包含的至少一活化金屬亦沒有限制，較佳為過渡金屬元素，最佳可為選自由鈦、鋯、鉿、 釩、鈮、鉭、鏷、鉻、鉬、及鎢所組成的群組。由此可知，根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明焊片層中包含的至 少一活化金屬只要可與超硬研磨顆粒形成碳化物的元素即可，只要其于加熱反應(yīng)時(shí)還包括 有一化合物形成于該些超硬研磨顆粒與該焊料層的接觸面。根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施態(tài)樣，若以銅-錫-鈦、鎳_硼-硅_鉻、或鎳-磷-鉻作為 焊料，且至少一活化金屬為選自由鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鏷、鉻、鉬、及鎢所組成的群組時(shí)，會(huì) 在加熱反應(yīng)時(shí)還包括有一碳化物(如碳化鈦或碳化鉻)形成于該些超硬研磨顆粒與該焊料 層的接觸面。其中若以銅-錫-鈦?zhàn)鳛楹噶蠒r(shí)，更可因銅本身不溶于超硬研磨顆粒(如鉆 石)，更不會(huì)催化使鉆石變成石墨，因此仍可在硬焊過程后維持其顏色及強(qiáng)度。但銅本身會(huì) 溶解于酸性環(huán)境，故可依制作過程中選擇性地鍍上類鉆碳或氮化鉭等類似保護(hù)層。因此，根據(jù)本發(fā)明的研磨工具及其制作方法，可有效地使用具有活化金屬及焊料 而無須使用有機(jī)粘結(jié)劑的焊片層，故能避免現(xiàn)有技術(shù)在研磨工具制作過程中，其在移除殘 余混膠步驟時(shí)因混膠揮發(fā)、沸騰或焦黑進(jìn)而導(dǎo)致超硬研磨顆粒位置的移動(dòng)或翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而避 免殘余混膠因移除過程而造成殘余碳的污染以及提升超硬研磨顆粒與焊片層間穩(wěn)定性。根 據(jù)本發(fā)明研磨工具的制作方法，其可應(yīng)用于化學(xué)機(jī)械研磨鉆石碟的制作及使用。
具體實(shí)施例方式以下，將對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。由本發(fā)明制作方法所得的研磨工具，其包括一基材；一焊片層，其具有至少一活化金屬及一焊料，且形成于基材的一表面上；以及多個(gè)超硬研磨顆粒，其以一圖案排列于基材 及焊片層上；其中，具有至少一活化金屬及焊料的焊片層不包括有機(jī)粘結(jié)劑。實(shí)施例1首先，提供一基材，本實(shí)施例的基材用來承載多個(gè)超硬研磨顆粒及使該些超硬研 磨顆粒附著于基材的焊片層，故該基材的材質(zhì)可為硼碳化物、硅碳化物、鋁氮化物、硼氮化 物、硅氮化物、硅氧化物、硼氧化物、碳化鎢、鎢鋼、模具鋼材、不銹鋼、高硬度合金鋼、高碳 鋼、或其組合所組成，亦可依所需選擇使用金屬基板。在本實(shí)施例中使用金屬基板。的后，選擇性地使用一粘著劑以形成一焊片層平鋪并固定于基材的一表面上，該 焊片層包括有至少一活化金屬及一焊料，其中焊片層中的焊料可為銅、錫、鈦、鎳、或鉻等的 合金，或亦可選自由前述金屬所組成群組的合金；此外，可添加包括有硼、硅、或磷于焊料 中。因此，本實(shí)施例的焊料具體可為銅_錫-鈦、鎳-硼-硅-鉻、或鎳-磷-鉻等。至于 活化金屬，可使用鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鏷、鉻、鉬、鎢、或其組合。接著，將多個(gè)超硬研磨顆粒如鉆石，選擇性地使用一粘著劑以一圖案排列并固定 于焊片層上，該圖案的排列因需要而可調(diào)整，本實(shí)施例中選擇以一矩陣方式排列以獲得較 佳研磨效益。需說明的是，以上兩步驟中可選擇性的使用粘著劑以暫時(shí)固定超硬研磨顆粒、焊 片層、及基材，但由于焊片層本質(zhì)上并不包括有粘著劑，故此選擇性的使用粘著劑仍可改善 現(xiàn)有中粘著劑會(huì)殘存于金屬基材中而不易揮發(fā)等缺點(diǎn)。形成于基材上的焊片層的厚度與超硬研磨顆粒的粒徑?jīng)]有限制，只要焊片層的厚 度小于超硬研磨顆粒的粒徑以露出超硬研磨顆粒即可，其中焊片層的厚度較佳約為20至 120 μ m間，而超硬研磨顆粒的粒徑較佳約為40至250 μ m(400 60mesh)。在本實(shí)施例中， 焊片層的厚度約為100 μ m，而超硬研磨顆粒的粒徑較佳約為200 μ m。將前述層狀結(jié)構(gòu)置入一真空爐中以真空及加熱反應(yīng)至硬焊方式，使焊片層或焊料 產(chǎn)生熔化以附著超硬研磨顆粒的圖案排列。由于不同焊料組成的熔點(diǎn)皆不相同，若使用如 本發(fā)明的銅-錫-鈦?zhàn)鳛楹噶蠒r(shí)約需加熱至約800°C，若使用鎳_硼-硅_鉻或鎳_磷-鉻 等作為焊料時(shí)約需加熱至約1000°C。再，前述使用的至少一活化金屬在加熱過程中可與鉆 石顆粒形成碳化物于該些鉆石顆粒與焊料層的接觸面。將多個(gè)超硬研磨顆粒以一圖案排列于焊片層上；以及于一真空爐中以真空及加熱 反應(yīng)的硬焊方式，使焊片層熔化以附著超硬研磨顆粒的圖案排列；其中，該具有至少一活化 金屬及焊料的該焊片層不包括有機(jī)粘結(jié)劑，且前述多個(gè)超硬研磨顆粒以一圖案排列種類沒 有限制，較佳可為一矩陣排列。如前所述，當(dāng)使用鉆石等超硬研磨材料時(shí)，由于鉆石的化學(xué)惰性高，因此在研磨工 具的應(yīng)用上會(huì)顯得非常穩(wěn)定。然而，一般金屬焊料與鉆石的接觸角甚大，導(dǎo)致鉆石與焊料仍 無法有效附著，亦無法潤(rùn)濕鉆石，也鑒于此，現(xiàn)有技術(shù)中的焊料多以金屬粉末為其組成，在 其粉末中尚須添加有機(jī)粘結(jié)劑以粘結(jié)鉆石。根據(jù)本實(shí)施例的焊片層包括有至少一活化金屬 及一焊料，其中焊片層中的焊料可為銅、錫、鈦、鎳、或鉻等的合金，或亦可選自由前述金屬 所組成群組的合金；此外，可添加包括有硼、硅、或磷于焊料中。因此，本發(fā)明的焊料具體可 為銅-錫-鈦、鎳_硼-硅_鉻、或鎳-磷-鉻等。至于活化金屬，可使用鈦、鋯、鉿、釩、鈮、 鉭、鏷、鉻、鉬、鎢、或其組合。前述的活化金屬對(duì)于鉆石的親和力大，可使焊料與鉆石間于后續(xù)工藝中熔化時(shí)使焊片層中的元素?cái)U(kuò)散至鉆石表面。以鉻作為具體舉例來說，但不限于此， 該活化金屬鉻在加熱過程中可與鉆石顆粒形成碳化鉻(Cr3C2)于該些鉆石顆粒與焊料層的 接觸面，并降低彼此的接觸角及在鉆石表面產(chǎn)生優(yōu)異的潤(rùn)濕性。實(shí)施例2在本實(shí)施例研磨工具的制作方法與實(shí)施例1相似，惟在本實(shí)施例中先將多個(gè)超硬 研磨顆粒以一圖案排列于基材上，其后再形成一焊片層平鋪于多個(gè)超硬研磨顆粒上。根據(jù)本實(shí)施例研磨工具的制作方法，其亦可達(dá)成如實(shí)施例1的功效。實(shí)施例3在本實(shí)施例研磨工具的制作方法與實(shí)施例1相似，惟在本實(shí)施例中的焊片層為多 層焊片的結(jié)構(gòu)而非實(shí)施例1中單層焊片的結(jié)構(gòu)而不同。換句話說，本實(shí)施例中焊片層由一 層以上的焊片所形成，通過點(diǎn)焊方式結(jié)合多個(gè)焊片以形成多層焊片結(jié)構(gòu)的焊片層。本實(shí)施 例中多層焊片結(jié)構(gòu)的焊片層厚度仍與實(shí)施例1相同，必須小于超硬研磨顆粒的粒徑以露出 超硬研磨顆粒，其中多層焊片結(jié)構(gòu)的焊片層厚度較佳約為20至120 μ m間，而超硬研磨顆粒 的粒徑較佳約為40至250 μ m(400 60mesh)。在本實(shí)施例中，多層焊片結(jié)構(gòu)的焊片層厚度 約為100 μ m，而超硬研磨顆粒的粒徑較佳約為200 μ m。根據(jù)本實(shí)施例研磨工具的制作方法，其亦可達(dá)成如實(shí)施例1的功效。因此，根據(jù)實(shí)施例研磨工具的制作方法，不僅可有效地使用具有活化金屬及焊料 而無須使用有機(jī)粘結(jié)劑的焊片層，故能解決現(xiàn)有使用有機(jī)粘結(jié)劑作為混膠的焊片層，有效 地改善現(xiàn)有在移除殘余混膠步驟時(shí)因混膠揮發(fā)、沸騰或焦黑所造成超硬研磨顆粒位置的移 動(dòng)或翻轉(zhuǎn)，并有效改善殘余混膠因移除過程而造成殘余碳的污染以及提升超硬研磨顆粒與 焊片層間穩(wěn)定性。此外，本發(fā)明的硬焊溫度工藝亦可因所使用本發(fā)明的焊片層而降低，大幅 減少生產(chǎn)成本及其應(yīng)用。上述實(shí)施例僅為了方便說明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍自應(yīng)以申請(qǐng)專 利范圍所述為準(zhǔn)，而非僅限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種研磨工具的制作方法，其特征在于包括 提供一基材；形成一焊片層于該基材的一表面上，該焊片層具有至少一活化金屬及一焊料； 將多個(gè)超硬研磨顆粒以一圖案排列于該焊片層上；以及于一真空爐中以真空及加熱反應(yīng)的硬焊方式，使該焊片層熔化以附著該些超硬研磨顆 粒的該圖案排列；其中，該具有至少一活化金屬及焊料的該焊片層不包括有機(jī)粘結(jié)劑。
2.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，該基材的材質(zhì)至少為一選自由硼碳化 物、硅碳化物、鋁氮化物、硼氮化物、硅氮化物、硅氧化物、硼氧化物、碳化鎢、模具鋼材、鎢 鋼、高硬度合金鋼、不銹鋼、及高碳鋼所組成的群組。
3.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，該基材為一金屬基板。
4.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，該焊片層由一層或多層焊片所形成。
5.如權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于，該多層焊片由點(diǎn)焊方式結(jié)合多個(gè)焊片 以形成該焊片層。
6.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，形成該焊片層的厚度為20至120μ m。
7.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，該些超硬研磨顆粒的粒徑為40至 250 μ m0
8.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，于該真空爐中的真空為10_3 10_6torr，反應(yīng)加熱溫度為800°C以上。
9.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，該至少一活化金屬為過渡金屬元素。
10.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，該至少一活化金屬選自由鈦、鋯、鉿、 釩、鈮、鉭、鏷、鉻、鉬、及鎢所組成的群組。
11.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，該焊料至少為一選自由銅、錫、鈦、鎳、 及鉻所組成群組的合金。
12.如權(quán)利要求11所述的制作方法，其特征在于，該焊料包括有硼、硅或磷。
13.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，該焊料為銅-錫-鈦、鎳-硼-硅-鉻 或鎳-磷-鉻。
14.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，于加熱反應(yīng)時(shí)還包括有一碳化物形成 于該些超硬研磨顆粒與該焊料層的接觸面。
15.如權(quán)利要求14所述的制作方法，其特征在于，該碳化物為碳化鈦或碳化鉻。
16.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，該些超硬研磨顆粒為鉆石或立方氮化硼。
17.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，該些圖案排列為一矩陣。
18.一種研磨工具，其特征在于包括 一基材；一焊片層，其具有至少一活化金屬及一焊料，且形成于該基材的一表面上；以及 多個(gè)超硬研磨顆粒，其以一圖案排列于該基材及該焊片層上； 其中，該具有至少一活化金屬及焊料的該焊片層不包括有機(jī)粘結(jié)劑。
19.如權(quán)利要求18所述的研磨工具，其特征在于，該焊片層的厚度小于該些超硬研磨顆粒的粒徑。
20.如權(quán)利要求18所述的研磨工具，其特征在于，該焊片層由一層或多層焊片所形成。
21.如權(quán)利要求18所述的研磨工具，其特征在于，該基材的材質(zhì)至少為一選自由硼碳 化物、硅碳化物、鋁氮化物、硼氮化物、硅氮化物、硅氧化物、硼氧化物、碳化鎢、模具鋼材、鎢 鋼、高硬度合金鋼、不銹鋼、及高碳鋼所組成的群組。
22.如權(quán)利要求18所述的研磨工具，其特征在于，該基材為一金屬基板。
23.如權(quán)利要求18所述的研磨工具，其特征在于，該至少一活化金屬為過渡金屬元素。
24.如權(quán)利要求18所述的研磨工具，其特征在于，該至少一活化金屬為選自由鈦、鋯、 鉿、釩、鈮、鉭、鏷、鉻、鉬、及鎢所組成的群組。
25.如權(quán)利要求18所述的研磨工具，其特征在于，該焊料至少一選自由銅、錫、鈦、鎳、 及鉻所組成群組的合金。
26.如權(quán)利要求25所述的研磨工具，其特征在于，該焊料還包括有硼、硅或磷。
27.如權(quán)利要求18所述的研磨工具，其特征在于，該焊料為銅-錫-鈦、鎳-硼-硅-鉻 或鎳-磷-鉻。
28.如權(quán)利要求18所述的研磨工具，其特征在于，該些超硬研磨顆粒為鉆石或立方氮 化硼。
29.如權(quán)利要求18所述的研磨工具，其特征在于，還包括有一碳化物形成于該些超硬 研磨顆粒與該焊料層的接觸面。
30.如權(quán)利要求29所述的研磨工具，其特征在于，該碳化物為碳化鈦或碳化鉻。
31.如權(quán)利要求18所述的研磨工具，其特征在于，該研磨工具為一化學(xué)機(jī)械研磨鉆石碟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種研磨工具的制作方法，其包括提供一基材；形成一焊片層于基材的一表面上，焊片層具有至少一活化金屬及一焊料；將多個(gè)超硬研磨顆粒以一圖案排列于焊片層上；以及于一真空爐中以真空及加熱反應(yīng)的硬焊方式，使焊片層熔化以附著該些超硬研磨顆粒的圖案排列；其中，具有至少一活化金屬及焊料的焊片層不包括有機(jī)粘結(jié)劑。本發(fā)明亦提供一種根據(jù)前述制作方法所制作的研磨工具。
文檔編號(hào)B24D18/00GK102001058SQ20091016866
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月2日
發(fā)明者宋健民 申請(qǐng)人:宋健民